szerző:
hvg.hu
Tetszett a cikk?

A Science magazin 125. jubileumának alkalmából cikksorozatot közöl, amelyben a tudomány és a technika legizgalmasabb kérdéseit boncolgatják. Ezekből a témákból szemezgettünk nyári sorozatunkhoz, amelynek első darabja a számítástechnika jövőjébe kínál betekintést.

A jövő számítógépei teljesen új
alapokra épülnek majd
© sxc.hu
Miközben számítógépeink kapacitása 18 havonta duplázódik, a legtöbben nem vagyunk vele tisztában, hogy ezek a gépek a bináris számrendszer és a lineáris működés kettős szorításában vergődnek, s számos problémánk megoldására alkalmatlanok. A választ a megoldhatatlan problémákra a merész gondolkodású fizikusok víziója, a teljesen más elven működő kvantumszámítógép kínálhatja.

Első pillantásra a számítógépek végső teljesítménye mérnöki kérdésnek tűnik. Mennyi energiát közölhetünk egy chippel anélkül, hogy az elolvadna? Milyen gyorsan száguldhatnak a bitek? Meddig növelhető a számítógép mérete úgy, hogy még beférjen a szobába? Hogyan csökkenthető az egyre nagyobb teljesítményű processzorok hőleadása?

A számítógép tervezés nem egyszerűen annak a tudománya, hogyan lehet a legjobb masinát építeni. Mindezzel először az 1930-as években szembesült a tudóstársadalom, amikor a Princeton egyetem két kutatója Alonzo Church és Alan Turing bebizonyította, hogy bármilyen biteket és bájtokat használó művelet elvégzésére képes egy gép, amelyet Turing-gépnek neveztek el feltalálója után. Az "elméleti"  Turing-gép elvén működő klasszikus számológépek mind nagyon hasonlóak, s ez lehetővé tette az elméleti szakembereknek – különösen a matematikusoknak –, hogy a gépek architektúrájának alaposabb ismerete nélkül következtethessenek a gépek alapvető működési elveire.

Így számítástechnika teoretikusai már kategorizálni tudták a számítási feladatokkal kapcsolatos problémákat. Ezen kategóriákban a  könnyen megoldható számításokat például egy lista ABC-sorrendbe rendezését P-vel jelölték. NP jelöli azokat a problémákat, amelyek megoldása ugyan komoly fejtörést okoz, viszont könnyen ellenőrizhető, ha egyszer megvan a helyes megoldás.

Ilyen az úgynevezett „útvonal-tervezési feladat”, az utazó ügynök legrövidebb útvonala, amelyet követve felkeresheti az aznapra tervezett ügyfeleit. Minden megoldást kínáló algoritmus komoly számítási kapacitást emészt fel, és még a viszonylag szerény megoldásváltozatok is felülmúlják a klasszikus számítógépek számolókapacitását.

Matematikusok bebizonyították, hogy ha valamely ilyen nehéz NP-típusú probléma megoldását megtalálnánk egy rövidebb és egyszerűbb műveletsoron keresztül, ezzel egyszersmind valamennyi ilyen probléma kulcsához jutnánk hozzá. Ezáltal az eddig NP besorolású problémák P típusúvá változnának. Kétséges azonban, hogy létezik-e olyan rövidebb számítási út, amelynek eredménye P = NP. Számos tudós szerint nincs ilyen út, ennek bizonyítása a matematika egyik megválaszolatlan és ettől izgalmas kérdése.

1 és 0 egyszerre (Oldaltörés)

Turing-gép
Alan Turing 1936-ban olyan elméleti számítógépet alkotott, amely precízen definiálja az  algoritmus, avagy a mechanikus számítás fogalmát. Ez a számításelmélet azóta is széles körben használt a számítógép tudomány művelői körében. Ez az elvi gép azon az elgondoláson alapszik, hogy végtelen számú rendezett papírlap tartalmának megváltoztatására vonatkozó utasítások csak véges szimbólumkészlet használatát engedik.
A negyvenes évek lején a Bell Laboratories kutatója, Claude Shannon – a Shannon-Weaver kommunikációs modell kidolgozója – bebizonyította hogy a bitek nem csak az informatikában használhatóak jól, hanem az információtovábbítás alapjait képezve, bármely két hely közti adatátvitel leírására is lehetőséget adnak. A fizikai törvények szabnak ugyanis határt annak, milyen gyorsan képes egy bitnyi információ A pontból B pontba jutni, mennyi adat átvitelére képes egy adott kommunikációs csatorna, és mennyi energiát igényel egy bit kitörlése a memóriából. Minden klasszikus adatátviteli eszköz ezeken az elveken alapszik. Eszerint az agyunkban ide-oda száguldó információk cseréje is bájtok és bitek mozgására redukálható? Valójában mi is számítógépek vagyunk? Meglehetősen nyugtalanító felvetés.

A klasszikus számítástechnikán túlhaladva a kvantumok birodalmába jutunk. A kvantumelmélet határozatlansági alaptörvénye szerint az atomok és más kvantumrészecskék képesek az információtárolás bináris lehetőségein túl - amely egyesekbe és nullákba kódol - egyszerre 0 és 1 értékű állapotra is.

Számos fizikus kísérletezik olyan egyszerű kvantumszámítógépek megalkotásával, amelyek kihasználják ezt a kvantumelméleti adottságot, és olyan feladatok elvégzését teszik lehetővé, amelyekre a hagyományos számítógépek nem képesek, például egy adatbázisban kevés paraméter alapján meglelni egy adott bejegyzést. A tudósok továbbra is keresik a választ arra, milyen kvantummechanikai tulajdonságok teszik lehetővé a kvantumszámítógépek nagyságrendekkel gyorsabb működését. Szeretnének megalkotni  egy olyan kvantumszámítógépet, amely elég nagy ahhoz, hogy valami hasznosra is alkalmazható legyen.

A kvantumvilág logikájának megismerése révén és annak számítástechnikai alkalmazhatósága által, a tudósok mind mélyebbre merülnek az atomokat alkotó részecskevilág törvényszerűségeibe. Meglehet, hogy a számítástechnikai hatékonyság meglehetősen "evilági" hajszolása a kvantumok birodalmának nem várt megértéséhez is elvezet.

Science

VELETEK VAGYUNK – OLVASÓKKAL, ÚJSÁGÍRÓKKAL!

A hatalomtól független szerkesztőségek száma folyamatosan csökken, a még létezők pedig napról napra erősödő ellenszélben próbálnak talpon maradni. A HVG-ben kitartunk, nem engedünk a nyomásnak, és minden nap elhozzuk a hazai és nemzetközi híreket.

Ezért kérünk titeket, olvasóinkat, hogy tartsatok ki mellettünk, támogassatok bennünket, csatlakozzatok pártolói tagságunkhoz, illetve újítsátok meg azt!

Mi pedig azt ígérjük, hogy továbbra is minden körülmények között a tőlünk telhető legtöbbet nyújtjuk a számotokra!
Szellem

Háromdimenziós tervezés számítógéppel

Nagy számítógépes cégeket lekörözve, olcsóbb és egyes részleteiben eredeti megoldást talált egy magyar diák a háromdimenziós számítógépes tervezéshez. Rátai Dániel ezzel díjakat nyert egy amerikai diákversenyen.

MTI Gazdaság

India vezet az informatikai háttérmunka piacán

Az informatikai és irodai háttérmunka kihelyezésének (outsourcing) globális piacán India részesdése 44 százalék, s ebből a tevékenységből az indiai cégek 17,2 milliárd dollár bevételre tettek szert a márciussal végződött üzleti évben - tette közzé az indiai szoftvercégek szövetsége. Kelet-Európa részesedése 4,5 százalék.

hvg.hu Tech

A világ 500 legsebesebb szuperszámítógépének listája

A TOP 500 Supercomputer Site közzétette a legújabb (már 25-ik) ranglistáját a szuperszámítógépekről. A rangsor kettős uralmat mutat. Miközben az IBM csúcsgépei állnak az élen, s a listában szereplő eszközök 51.8 százaléka a kék óriás emblémáját viseli, az Intel is jelentős befolyásra tett szert a számítógéppiac legfelső kategóriájában, hiszen az 500-ból 333 csúcsagy működik a cég processzoraival.

hvg.hu Tech

Sárospatakon lesz az informatikai diákolimpia

Július 28-án kezdődik és augusztus 4-ig tart a 12. Közép-Európai Informatikai Diákolimpia, amelyen tizenkét ország több mint száz diákja méri össze tudását algoritmusos programozási feladatokban. A vállalkozó kedvű internetezők versenyen kívül maguk is küldhetnek be megoldásokat, ezeket a zsűri értékeli is.

A kaszinók sem maradhatnak nyitva a következő hetekben

A kaszinók sem maradhatnak nyitva a következő hetekben

Elítélték a tíz ember halálát okozó torontói gázolás elkövetőjét

Elítélték a tíz ember halálát okozó torontói gázolás elkövetőjét

789 lóerő: még komolyabb lett a valaha készült legerősebb V8-as Mercedes-AMG

789 lóerő: még komolyabb lett a valaha készült legerősebb V8-as Mercedes-AMG